CONTROL DE VELOCIDAD DE MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA (I)

La gran mayoría de máquinas utilizadas de manera más común en las industrias de nuestro país: molinos, chancadoras, zarandas, sistemas de bombeo, ventilación, etc. , están accionadas por motores de corriente alterna. Por lo general no se requiere control de velocidad en dichas máquinas, o en todo caso, se asocia el “control de velocidad” con los clásicos sistemas de reducción de velocidad (sistemas de engranajes, transmisiones por correas o cadenas, etc.), sin embargo un verdadero sistema de control puede facilitar la operación de esas máquinas e incrementar su productividad.
En el presente artículo vamos a reseñar y comparar todos los sistemas de control de velocidad para motores de C.A existentes.

Variadores de frecuencia (FUENTE: WIKIPEDIA)

Un variador de frecuencia (siglas VFD, del inglés: Variable Frequency Drive o bien AFD Adjustable Frequency Drive) es un sistema para el control de la velocidad rotacional de un motor de corriente alterna (AC) por medio del control de la frecuencia de alimentación suministrada al motor. Un variador de frecuencia es una caso especial de un variador de velocidad. Los variadores de frec. son también conocidos como drivers de frecuencia ajustable (AFD), drivers de CA, microdrivers o inversores. Dado que el voltaje es variado a la vez que la frecuencia, a veces son llamados drivers VVVF (variador de voltaje variador de frecuencia).

Principio de funcionamiento
Los dispositivos variadores de frecuencia operan bajo el principio de que la velocidad síncrona de un motor de corriente alterna (CA) esta determinada por la frecuencia de CA suministrada y el número de polos en el estátor, de acuerdo con la relación:
Donde RPM = 120 x f / p

RPM = Revoluciones por minuto
f = frecuencia de suministro AC (hertz)
p = Número de polos (adimensional)
Las cantidades de polos mas frecuentemente utilizadas en motores síncronos o en Motor asíncrono son 2, 4, 6 y 8 polos que, siguiendo la ecuación citada resultarían en 3000 RPM, 1500 RPM, 1000 RPM y 750 RPM respectivamente para motores sincrónicos únicamente, funcionando en 50Hz y en CA.
En los motores asíncronos las revoluciones por minuto son ligeramente menores por el propio asincronismo que indica su nombre. En estos se produce un desfase mínimo entre la velocidad de rotación (RPM) del rotor (velocidad "real" o "de salida") comparativamente con la cantidad de RPMs del campo magnético (las cuales si deberían cumplir la ecuación arriba mencionada tanto en Motores síncronos como en motores asíncronos ) debido a que sólo es atraído por el campo magnético exterior que lo aventaja siempre en velocidad (de lo contrario el motor dejaría de girar en los momentos en los que alcanzase al campo magnético) .

El gran problema de éstos dispositivos radica en su costo, que lo hace impráctico para muchisimas aplicaciones.

Control por DIMMER (FUENTE DEL CIRCUITO: http://www.unicrom.com/)

Esta es, en mi concepto, la forma más económica de controlar la velocidad de un motor de corriente alterna. Es en realidad un circuito regulador.

Si se desea controlar la velocidad de un taladro o un ventilador (motores de corriente alterna), este es el circuito que busca.
Muchos de estos circuitos reguladores de potencia tienen un punto de encendido y apagado que no coincide (a este fenómeno se le llama histéresis), y es común en los TRIACS.
Para corregir este defecto se ha incluido en el circuito los resistores R1, R2 y C1.
El conjunto resistor R3 y capacitor C3 se utiliza para filtrar picos transitorios de alto voltaje que pudieran aparecer.
El conjunto de elementos P (potenciómetro) y C2 son los mínimos necesarios para que el triac sea disparado.
El triac controla el paso de la corriente alterna a la carga conmutando entre los estados de conducción (pasa corriente) y corte (no pasa corriente) durante los semiciclos negativos y positivos de la señal de alimentación (110/220 VAC), la señal de corriente alterna.

El triac se disipará cuando el voltaje entre el capacitor y el potenciómetro (conectado a la compuerta del TRIAC) sea el adecuado.
Hay que aclarar que el capacitor en un circuito de corriente alterna (como éste) tiene su voltaje atrasado con respecto a la señal original.
Cambiando el valor del potenciómetro, se modifica la razón de carga del capacitor, el atraso que tiene y por ende el desfase con la señal alterna original.
Esto permite que se pueda tener control sobre la cantidad de corriente que pasa a la carga y así la potencia que en ésta, se va a consumir.
Lista de componentes:
Resistores: 2 de 47 KΩ, (kilohmios), 1 de 100Ω, (ohmios), 1 potenciómetro d 100KΩ (1KΩ = 1 Kilohmio)Capacitores: 3 de 0.1 uF, (uF = microfaradios)Otros:1 TRIAC (depende de la carga, uno de 2 amperios para aplicaciones comunes como este dimmer), 1 enchufe para la carga: de uso general, (110/220 Voltios)

Vamos a ver otro ejemplo interesante de estos circuitos de control basados en TRIACS y SCRS, llamados DIMMERS:

Se trata de alimentar un motor de 3 HP con una alimentación en el campo de 35 VCD y alimentación de la armadura de 0 hasta 35 VCD.
Con este voltaje controlamos la velocidad del motor y por lógica la transmisión (desplazamiento de un brazo que mueve el motor)
Los puntos de control C (común), E (izquierdo), D (derecho), hacen un control reversible controlados por una señal de una fotocelda centradora.
Los SCR conectados como se ve en el diagrama cambian la polaridad que llega a la armadura por los platinos de RL1 , RL2

Elementos:
- 1 Triac, 1 Diac, 2 SCR de 15 Amperes- f1 , f2 ( 2 fusibles) de 10 Amperes- 2 diodos rectificadores de 3 Amperes- RL1 , RL2, 2 relevadores de 24 VCD 8 pines- 1 potenciómetro de 100k- resistencias 22k, 20k, 100 ohm de 1 watt- 2 resistencias de 4.7K de 5 watt- 2 capacitores de 0.22 y 0.47 microfaradios.

Continuaremos en una próxima entrega con este interesante e importante tópico.